As baterias de estado sólido, ou Solid State Batteries (SSB), são o próximo capítulo no filme da eletrificação automóvel. Atualmente, todos os grandes construtores estão comprometidos no desenvolvimento desta nova geração de acumuladores que não viciam, são mais duráveis do que as atuais e permitem percorrer distâncias maiores entre carregamentos.
A Nissan é um desses construtores na linha da frente da corrida à tecnologia: no âmbito da sua visão de longo prazo, a Ambition 2030, a marca pretende lançar um automóvel elétrico com baterias totalmente sólidas, desenvolvidas internamente, até 2028. Para isso, vai inclusivamente instalar uma linha piloto de produção em série dos primeiros protótipos da bateria na sua fábrica de Yokohama já no decorrer do ano fiscal de 2024.
Espera-se, portanto, que as SSB sejam uma tecnologia de mudança de paradigma para acelerar a popularidade dos automóveis de propulsão elétrica. E não apenas porque anunciam uma densidade energética de aproximadamente o dobro das baterias convencionais de iões de lítio e um tempo de carregamento significativamente mais curto devido ao desempenho superior dos processos de carga/descarga. É relevante também apontar o menor custo, graças à oportunidade de usar materiais menos dispendiosos.
De acordo com as contas da Nissan, a nova geração de baterias pode reduzir os custos para 75 dólares (66,88€) por kWh no ano fiscal de 2028, e para 65 dólares (57,96€) por kWh a partir daí, colocando os automóveis elétricos, finalmente, ao mesmo nível de custo que os movidos a gasolina.
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O que são e como funcionam
Os automóveis elétricos (BEV) serão, no futuro próximo, hegemónicos na mobilidade sustentável e são vários os motivos pelos quais a nova geração de baterias sólidas se apresenta como um desenvolvimento importantíssimo para o sucesso dessa empreitada. Tecnicamente, as diferenças para as baterias de lítio residem num simples fator: no lugar da solução aquosa, a bateria de estado sólido é formada por eletrólitos de materiais sólidos mais comuns.
Uma bateria de iões de lítio é carregada por iões de lítio que se movem do elétrodo positivo (cátodo) para o elétrodo negativo (ânodo) e então descarregada por estes movendo-se do elétrodo negativo (ânodo) para o elétrodo positivo (cátodo). O cátodo e o ânodo atuam como armazenamento de lítio e afetam a capacidade de energia. Quanto mais lítio conseguir armazenar-se, maior será a capacidade da bateria.
Além disso, o eletrólito também tem um impacto significativo na velocidade com que os iões de lítio se movem, com um movimento mais rápido destes contribuindo para maior rendimento da bateria e tempos de carregamento mais curtos.
Diferenças de composição
As baterias de iões de lítio atuais usam um líquido (um solvente orgânico) como eletrólito. Embora o eletrólito líquido possa penetrar facilmente no cátodo/ânodo e conduzir o lítio, as altas temperaturas aceleram a deterioração química do eletrólito e a inflamabilidade dos solventes orgânicos pode causar acidentes, como ignição, ou casos de mau funcionamento.
Por outro lado, o eletrólito de uma SSB é sólido, não é volátil ou inflamável, geralmente é considerado altamente seguro, resistente à temperatura e resistente à deterioração.
Como os eletrólitos líquidos usam solventes orgânicos, que têm pontos de ebulição baixos e alta volatilidade, existem limites de temperatura operacional para carregar – e também na condução. No entanto, as SSB não usam eletrólitos líquidos, e por isso admitem altos limites de temperatura operacional e excelente desempenho de carregamento rápido.
Mais: com eletrólitos líquidos, há restrições sobre os materiais que podem ser selecionados devido a reações laterais com os materiais de cátodo e ânodo, mas com eletrólitos sólidos, há menos reações colaterais devido à sua natureza sólida, permitindo mais combinações de materiais. Isso torna possível selecionar materiais de cátodo com custos mais baixos e materiais de ânodo com maior densidade de energia.
Mais quilómetros de autonomia
A autonomia dos carros elétricos vai sempre depender do modelo e da gama do carro elétrico escolhido.
Atualmente, nos novos modelos a média já é superior a 400 km, o que permite fazer viagens mais longas sem sofrer de ansiedade de autonomia. Mas as baterias de estado sólido têm potencial para oferecer mais alcance, devido à sua maior densidade energética (Wh/kg).
Os especialistas defendem que, comparativamente às baterias de iões de lítio atuais, as SSB podem armazenar entre duas e dez vezes mais energia no mesmo espaço.
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Carregamentos rápidos
O tempo de carregamento da bateria de um carro elétrico depende de vários fatores. Apesar do abastecimento de um carro a combustão ser rápido, em comparação ao carregamento de um carro elétrico, os postos de carregamento rápido vieram ajudar nesse sentido: por exemplo, consegue-se carregar o equivalente a 100 km de autonomia em menos de meia hora, ou até em menos de 5 minutos, caso se trate de um posto ultra rápido dos mais potentes.
Também aqui as SSB fazem valer a sua estabilidade química superior, prometendo encurtar ainda mais os tempos de carregamento mais rápidos, e também mais eficiência nos consumos, graças à gestão térmica da bateria que é também mais simples.
Longevidade
Assim como qualquer carro a combustão, os carros elétricos também se vão desgastando com o uso, ao longo dos anos. No entanto, as baterias dos carros elétricos são otimizadas, ou seja, estão feitas para não perderem a sua capacidade.
Atualmente, as baterias duram mais de dez anos sem que o seu rendimento diminua muito ao longo do tempo. Mas também neste particular há vantagem teórica das SSB sobre as baterias de solução aquosa.
A estimativa é de que as sólidas permitam carregamentos rápidos sem produção de dendrites (acima dos 1200 ciclos), mais ciclos de carga/descarga, operando sempre num maior intervalo de temperaturas sem degradação.
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